JP3634865B2 - 特に電気エネルギー分配用低電圧開閉装置のための障害アークを防止する装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に電気エネルギー分配用低電圧開閉装置のための障害アークを防止する装置、それも、それぞれ１つのエネルギー蓄積器と、コイルと、コイルとエネルギー蓄積器との間に配置された開閉素子を起動制御する少なくとも１つの障害アーク検出器と、真空を有するトリガカートリッジとから成り、このトリガカートリッジが、コイルによって生ぜしめられる誘導電流の作用下で金属短絡を発生させる形式の防止装置に関するものである。
低電圧開閉装置の場合、次第に高くなる出力密度、誤接続、操作員の誤操作、過電圧、機器の故障によって、障害アークが発生することがある。
障害アークによる人員の傷害や材料の損傷を減少させるために、配電装置内にアーク検知装置を配置し、これらの検知装置が、前置された電源スイッチを迅速に切るか、または、人員や装置には無害な一定の短絡を発生させることによって障害アークを防止する装置を起動するようにすることは、公知である。アークの持続時間は、このようにすることによって、最高10分の１だけ、部分的にはそれ以上も短絡される結果、大きい損傷は防止され、開閉装置の利用率が高められる。
ハンガリー特許第169992号により、２個の金属製円筒形外套を同軸的に相互に差しはめることは公知である。この場合、一方の外套が使用電圧を有し、他方の外套がゼロ電位を有している。これらの外套は、更に、コイルの作用下で変形し、押し合わされ、言い換えると、内側外套が外方へ、また外側外套が内方へ押圧され、双方が接触短絡するまで押圧される。エラー発生時、コイルは、開閉素子によって接続可能なノンデンサバッテリから給電される。この開閉素子は、障害アーク発生時にアーク検知装置によって起動制御される。
コンデンサバッテリを特にできるだけ小型に設計し得るようにするため、双方の円筒形外套は真空容器内に収容されており、それによって相互間隔を著しく小さくできる。
しかし、その場合、真空容器は比較的厚くしておかねばならないので、コイルと、とりわけコンデンサバッテリは大きな寸法にしなければならない。このため、出費が増大するのみでなく、開閉装置内に著しいスペースが必要になる。
本発明の課題は、したがって、請求の範囲第１項上位概念による障害アークを防止する装置を改良して、構成部品、特にコンデンサバッテリを小型化し得るようにすることである。
本発明のこの課題は、請求項１の特徴構成要件によって解決された。本発明のこのほかの特に有利な構成は、請求項２以下の各項に記載されている。
本発明により、コイルをトリガカートリッジに密接させて配置できるので、一方では、コイル寸法を小型化でき、他方では、コンデンサバッテリの寸法を小型化できる。更に、きわめて有利な点は、真空に引かれるのが管状部の内部のみであるため、防止装置全体が、よりコンパクトになる点である。
同じく、本発明による構成は、真空発生及び真空維持に関して、極めて有利である。すなわち、比較的廉価に製造できることと並んで、特に重要な点は、トリガカートリッジ内の真空が10年以上も維持され、望ましくないフラッシュオーバ電流が起こらず、ないしは防止装置の保守が不要となる点である。
請求項２から５に記載の特徴によって、特に真空発生の点で、組付けや製造に関する利点が得られる。
第２カートリッジ部分を常に中央に配置し、両カートリッジ部分を確実に固定保持しておくために、第２カートリッジ部分の第１部分の端面に帽子形状の定心部材が配置され、この定心部材の円柱部が、第２カートリッジ部分に設けられた中心凹所に係合するようにし、この定心部材が、絶縁材料から成り、第１カートリッジ部分の管状部内へ密接してはめ込まれるようにされている。
真空発生と、トリガカートリッジの信頼性とのために、特に有利な構成は、絶縁管の両端面に、外方エッジからほぼ中央ないし段のところまで金属コーティングを施しておくことである。この金属コーティングは、MoMn＋Niから成り、0.02〜0.03mm、有利には0.025mmの厚さを有するようにする。また、絶縁管は、カラー及び突出縁部より、幾分か大きい直径を有するようにする。それによって、セラミック部分と金属部分とを互いに確実にろう付けできるからである。
低電圧開閉装置の場合に、低い値のトリガ時間で確実な機能を得るには、両カートリッジ部分の間隙を約1mm程度の値にする。
特に有利な構成は、コイルを、プラスチック製の絶縁リングに一体的に埋め込んで、鋳くるむ構成であり、それによって、コイル巻線は、エネルギー蓄積器の放電時に高い力が発生しても、確実に保持され、同時に絶縁が行われる。
また、特に有利な構成は、管状部の、電流が通過する区域の近くに、熱伝導性の高い材料から成る中実の部分を配置しておく構成である。そうすることにより、この区域から効果的に放熱されるからである。
主ディストリビュータ内に用いるさい、高いトリガ速度と高い電流負荷容量との最適妥協点は、管状部の壁厚を0.5mm〜2.5mm、有利には1mmとし、直径を50mm〜60mmとする点にある。
以下においては、本発明の１実施例を示した図面につき、本発明のその他の構成及び改良点、更には、その他の利点を詳説する。
図１は、コイルを有するトリガカートリッジの、組立てた状態での断面図である。
図２は、第１カートリッジ部分の断面図である。
図３は、第２カートリッジ部分の断面図である。
図４は、絶縁管の断面図である。
図５は、絶縁管の部分拡大図である。
図６は、接続側の図である。
図１に示したトリガカートリッジ１は、回転対称的な、カップ形状の第１カートリッジ部分1aから成っている。このカートリッジ部分1aは、銅又はアルミニウムなどの導電性材料から成り、閉じられた底部部分３と、円筒形外筒部分ないし管状部４と、他端において外方へ向かって形成されているカラー５とに分割されている。底部部分３は、接続母線又は接続ケーブルを固定するための中心ねじ孔６を設けることができるような厚さを有している。
第１カートリッジ部分1aは、例えば使用電圧をかけることができるが、第２カートリッジ部分1bはゼロ電位にしておくことができる。
図２に個別部品として断面図で示されている第１カートリッジ部分1aのカラー５は、管状部４の壁部より厚い壁厚の固定リング７を有している。カラーの横断面はＺ字形である。
管状部４の厚さは、一方では、薄手にして、容易にかつ迅速に変形可能であるようにする必要があり、つまり、管状部４の質量が僅かであるようにする必要があり、他方では、厚手にして、十分に高い電流負荷容易が実現されるようにする必要がある。その場合、特に有利な構成は、管状部４の壁厚を約1mmとし、直径を50〜60mmとすることである。
第２カートリッジ部分1bは、同じく金属製であり、円柱部材８から成っている。円柱部材８は、図２と図３とに示されているように、一端に第１直径部分ないし第１部分11を有している。この第１直径部分11の直径は、しかし、管状部４の内径より小さいので、カートリッジ部分1bは、カートリッジ部分1a内へ間隙９をもって挿入できる。円柱部材８は、管状部４の外方区域に、より小さい第２直径部分ないし第２部分12を有しており、この区域に真空室10が形成される。
円柱部材８の他端には、第３直径部分ないし第３部分13が備えられ、その直径は、第１直径部分11及び第２直径部分12の直径より大きいので、この端部には、ディスク状の蓋14が、真空室10用の閉鎖蓋として形成されている。
蓋14は、第１カートリッジ部分1a同様、第２接続母線又は第２接続ケーブル用のねじ孔15を有している。真空室10の区域には、蓋14のところに、真空発生用の弁16が、配置されている。弁は、吸入管17と、吸入管にかぶせはめられた閉鎖キャップ18とから成っている。弁16を配置するため、蓋14には凹所19が設けられている。
第２カートリッジ部分1bは、第２部分12と第３部分13との移行区域の蓋14の内側に、環状の突出縁部20を備えている。突出縁部20は、蓋14及び固定リング７と外径が等しい。
固定リング７と突出縁部20との間には、絶縁管21が配置され、この絶縁管21が双方のカートリッジ部分1a、1bを機械式に結合し、同時に電気的に絶縁している。
絶縁管21は、第１部分カートリッジ部分1aの管部分４の端部ないし開放端部と、第２カートリッジ部分1bとの間に配置されている。
第２カートリッジ部分1bは、この実施例では中実だが、中空又はカップ形状でもよい。
第２カートリッジ部分1bの第１部分11の端面において、円柱部24を有する帽子状定心部材22が、第２カートリッジ部分に設けられた中央凹所23に係合している。この場合、定心部材22は、絶縁材料から成り、第１カートリッジ部分1aの管状部４内に密接してはめ込まれている。これによって、両カートリッジ部分1a,1bは、更に互いに絶縁されかつ機械的に保持されることになる。
絶縁管21の両端部には、図４、図５に詳細に示したように、環状にそれぞれ段状部25が設けられており、これによって、カラー５が、絶縁管の一方の端部の段状部25に、突出縁部20が、他端の段状部25に係合することができる。
絶縁管21の端面には、外方エッジから、ほぼ中心ないし段27まで金属コーティング26が施されている。
トリガカートリッジ１を組立てた状態では、金属コーティング面は、それぞれカートリッジ部分1a、1bに密着し、ろう付けによって気密カートリッジが実現される。詳言すると、左側の金属コーティング面が、第１カートリッジ部分1aのカラー５に密着し、右側の面が、第２カートリッジ部分1bの突出縁部20に密着する。その場合、段27は、内方に、カラー５ないし突出縁部20は、外方に位置することになる。
絶縁管21は、カラー５又は突出縁部21より幾分大きい直径を有しているので、ろうは、毛管作用により金属コーティング26に沿って内方へ流れ、外部には一種の真空シールが形成される。
第２カートリッジ部分1bの第１部分11と、第１カートリッジ部分1aの管状部４との区域、すなわち間隙９の区域において、管状部４に、絶縁コイル29が直接に密接配置されている。
コイル29の巻線は、図１に示したように、トリガカートリッジの周囲に同軸的に配置されている。コイル29は、例えばポリウレタン硬質フォームなどのプラスチックから成る絶縁リング30内に一体的に埋め込まれて鋳くるまれている。
障害アークを防止する装置のトリガ時には、エネルギー蓄積器から、短時間、コイル29へ高い電流が流れることにより、管状部４と、第２カートリッジ部分1bの第１部分11とに高い電流が誘導され、それによって、誘導電流による力の作用にもとづき、管状部４が、第１部分11ないし第２カートリッジ部分1bの方へ加圧され、間隙９が、何分の１ミリ秒間、短絡される。このトリガ時には、障害アーク検出器が、コイル29とエネルギー蓄積器との間に配置されたサイリスタを起動制御する。
間隙９は、一方では、狭くしておき、克服される距離を小さくして、トリガ時間を短縮する必要があり、他方では、広くしておき、電圧ないし電流のフラッシュオーバが発生しないようにせねばならない。220/330Vの電圧の場合、間隙９の幅は、約1mm、例えば0.7〜1.3mmである。
その場合、障害アークの発生後、短絡電流は、開閉装置の複数電流母線の近くを流れ、そのつど、１つの母線から、両カートリッジ部分1a、1bを経て、再び母線へもどる。これによって、電圧は、完全に消滅し、障害アー クが消去される。
管状部４の電流通過区域の近くに熱伝導性の高い材料製の中実部分が設けられている。これらの中実部分、すなわち底部部分３と第１部分11を介して、熱は、定心部材22近くの、露出している管状部４から迅速に放熱される。この結果、高い電流負荷容量が得られ、それにより、前置された電源スイッチが機能不全の場合も、危険な材料融解は発生しないし、トリガカートリッジに２次アークも発生しない。
図６に示したように、トリガカートリッジ１の端面には、組立工具、例えばスパナ等のための垂直な掴み面28が設けられている。
絶縁管21は、有利にはセラミック製だが、別の適当な絶縁材料製でもよい。図１から分かるように、絶縁管21は、コイル29の外方に配置されている。
絶縁管21は、更に、クリープ距離を拡大するための単数又は複数の、図示されていないリブを有することができる。
障害アーク発生時、電流をコイル29内に供給する開閉素子は、この実施例の場合、サイリスタである。
このトリガカートリッジは、真空室にもとづき、同じように中電圧技術に、例えば中電圧開閉装置に用いることができる。

Claims (13)

1. 特に電気エネルギー分配用低電圧開閉装置のための障害アークを防止する装置（１）、それも、それぞれ１つのエネルギー蓄積器と、コイル（29）と、コイルとエネルギー蓄積器との間に配置された開閉素子を起動制御する少なくとも１つの障害アーク検出器と、真空室を有するトリガカートリッジ（１）とから成り、このトリガカートリッジが、コイルによって生ぜしめられる誘導電流の作用下で金属短絡を発生させる形式のものにおいて、
   トリガカートリッジ（１）が、管状部（４）を有するカップ状の第１カートリッジ部分（1a）と、第２カートリッジ部分（1b）とから成り、また、絶縁管（21）又は絶縁リングが、第１カートリッジ部分の管状部の開放端部と第２カートリッジ部分との間に配置されていて、これにより双方のカートリッジ部分が、機械的には結合されているが、電気的には互いに絶縁されており、更に、トリガのため、コイル（29）が、第１カートリッジ部分（1a）の管状部（４）上に直接に配置されており、コイ ル（29）を通る誘導電流が管状部（４）の変形を生ぜし め、これにより両カートリッジ部分（1a,1b）が互いに 接触し、短絡電流のための経路が形成されるようになっ ていることを特徴とする、障害アークを防止する装置。
2. 第１カートリッジ部分（1a）が、円筒形外套部分ないし管状部（４）の一端に、閉じられた底部部分（３）を有し、管状部の他端には、外方に向いて形成されたカラー（５）を有していることを特徴とする、請求項１記載の障害アークを防止する装置。
3. 第２カートリッジ部分（1b）が、円柱部材（８）から成り、この円柱部材が、一端に、管状部（４）の内径より小さい第１直径部分ないし第１部分（11）を有していることにより、間隙（９）が形成され、また、円柱部材（８）が、管状部（４）の外方に、より小さい第２直径部分ないし第２部分（12）を有するようにすることにより、この区域に真空室（10）が形成され、更に、円柱部材（８）が、他端に、第１及び第２の直径部分（11、12）より大きい第３直径部分ないし第３部分（13）を有することによって、この端部に、ディスク状の蓋（14）が、真空室（10）の閉鎖蓋として形成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の障 害アークを防止する装置。
4. 前記蓋（14）が、凹所（19）を有していて、この凹所内に、真空発生用の弁（16）が配置されており、この弁（16）が、吸入管（17）と閉鎖キャップ（18）とから成っていることを特徴とする、請求項３記載の障害アークを防止する装置。
5. 第１カートリッジ部分（1a）に一体的に形成されたカラー（５）が、管状部（４）の壁部より厚い壁部を有する固定リング（７）を備えており、また、第２カートリッジ部分（1b）が、第２部分（12）と第３部分（13）との間の移行区域の蓋（14）の内側に、突出縁部（20）を有しており、この突出縁部が、固定リング（７）と等しい外径を有しており、更に、絶縁管（21）が固定リング（７）と突出縁部（20）との間に配置されていて、その両端部に全周にわたりそれぞれ１つの段状部（25）を有していることにより、カラー（５）が、一方の絶縁管側で、また突出縁部（20）が、他方の絶縁管側で、段状部（25）に係合できるようにしたことを特徴とする、請求項３又は４記載の障害アークを防止する装置。
6. 第２カートリッジ部分（1b）の第１部分（11）の端面に、帽子状の定心部材（22）が配置されていて、この定心部材の円柱部（24）が、第２カートリッジ部分（1b）の中央凹所（23）にはめ込まれており、前記定心部材（22）が、絶縁材料製であり、かつまた第１カートリッジ部分（1a）の管状部（４）内に密接してはめ込みされていることを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項に記載の障害アークを防止する装置。
7. 絶縁管（21）の両端面が、外方エッジからほぼ中心ないし段（27）のところまで金属コーティング（26）を施されており、かつまた絶縁管（21）が、カラー（５）及び突出縁部（20）より幾分直径が大であることを特徴とする、請求項５又は６記載の障害アークを防止する装置。
8. 両カートリッジ部分（1a、1b）の間隙が、約1mmであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の障害アークを防止する装置。
9. コイル（29）が、プラスチック製絶縁リング（30）に一体的に埋め込まれて、鋳くるまれていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の障害アークを防止する装置。
10. 管状部（４）の電流流過区域近くに、熱伝導性の高い材料製の中実部分が配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の障 害アークを防止する装置。
11. 管状部（４）が、0.5〜1.5mmの、有利には1mmの壁厚と、50〜60mmの直径を有していることを特徴とする、請求項１から10のいずれか１項に記載の障害 アークを防止する装置。
12. トリガカートリッジ（１）の端面が、組立工具用の垂直な掴み面（28）を有していることを特徴とする、請求項１から11のいずれか１項に記載の障害ア ークを防止する装置。
13. 絶縁管（21）がセラミック製であることを特徴とする、請求項１から12のいずれか１項に記載の障害アークを防止する装置。

Images